本發(fā)明涉及一種阻流環(huán)、改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件及改善單晶徑向電阻率均勻性的方法。
背景技術(shù)：
：晶體生長(zhǎng)是把半導(dǎo)體級(jí)硅的多晶硅塊轉(zhuǎn)換成一塊大的單晶硅，生長(zhǎng)后的單晶硅被稱為硅錠。現(xiàn)在生產(chǎn)用于硅片制備的單晶硅棒最普遍的技術(shù)是Czochralski(CZ)法，這是按20世紀(jì)初它的發(fā)明者的名字來(lái)命名的。Czochralski(CZ)法生長(zhǎng)單晶硅把熔化了的半導(dǎo)體級(jí)硅液體變成有正確晶向并且被摻雜成N型或P型的固體硅錠。85％以上的單晶硅是采用CZ法生長(zhǎng)出來(lái)的。一塊具有所需晶向的單晶硅作為籽晶來(lái)生長(zhǎng)硅錠，生長(zhǎng)的單晶硅棒就像籽晶的復(fù)制品。熔化的硅和單晶籽晶接觸并精確控制接觸面，從而精確復(fù)制籽晶結(jié)構(gòu)。熔化的硅放在石英坩堝中，還有少量摻雜物質(zhì)使其生成N型或P型硅。坩堝中的硅被拉晶爐加熱，使用電阻加熱或射頻(RF)加熱線圈。當(dāng)硅被加熱時(shí)，它變成液體，叫做熔體；籽晶硅接觸到直拉裝置并開(kāi)始生長(zhǎng)新的晶體結(jié)構(gòu)。籽晶放在熔體表面并在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中緩慢地拉起。隨著籽晶在直拉過(guò)程中離開(kāi)熔體，熔體上的液體會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩Χ岣摺Ｗ丫系慕缑嫔l(fā)熱量并向下朝著熔體的方向凝固。隨著籽晶旋轉(zhuǎn)著從熔體里拉出，與籽晶有同樣晶向的單晶就生長(zhǎng)出來(lái)了。不同的硅錠生長(zhǎng)結(jié)果依賴于籽晶相對(duì)于坩堝的旋轉(zhuǎn)方向及速度。直拉法的目的是實(shí)現(xiàn)均勻摻雜濃度的同時(shí)精確復(fù)制籽晶結(jié)構(gòu)，得到合適的硅錠直徑并限制雜質(zhì)引入到硅中。影響直拉法的兩個(gè)主要參數(shù)是拉伸速率和晶體旋轉(zhuǎn)速率。以上簡(jiǎn)述了單晶硅的CZ法制備過(guò)程。然而在制備過(guò)程中存在分凝現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致單晶硅棒軸向雜質(zhì)濃度分布不均。單晶硅片徑向電阻率的均勻性與晶體生長(zhǎng)過(guò)程中雜質(zhì)的有效分凝系數(shù)有關(guān)，有效分凝系數(shù)keff可由Burton-Prim-Schlicter關(guān)系式給出：keff=k0k0+(1-k0)exp(-fδ/D)]]>其中，k0是雜質(zhì)的平衡分凝系數(shù)，D是雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，f是單晶硅生長(zhǎng)速率，根據(jù)無(wú)限大旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)下液流模型的結(jié)果，溶質(zhì)邊界層的厚度為δ＝1.6D1/3υ1/6ω-1/2(υ是硅熔體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，ω是晶體旋轉(zhuǎn)速率)。同時(shí)，直拉單晶硅在生長(zhǎng)過(guò)程中，受到熔體熱對(duì)流的影響，使得單晶硅邊緣比中心具有更薄的溶質(zhì)邊界層，并導(dǎo)致邊緣比中心具有更小的有效分凝系數(shù)keff，從而增加單晶硅片徑向雜質(zhì)濃度和電阻率的不均勻性。以下結(jié)合附圖說(shuō)明。參考圖1，由于硅棒1具有彎曲的生長(zhǎng)界面即邊界層12，這又會(huì)導(dǎo)致從硅棒1切割出的單晶硅片13徑向雜質(zhì)濃度分布不均，進(jìn)而影響徑向電阻率的均勻性。尤其對(duì)于N型<111>晶向單晶硅，由于雜質(zhì)分凝系數(shù)小，以及受到<111>生長(zhǎng)方向取向和小面效應(yīng)等因素影響，電阻率徑向均勻性會(huì)更差。參考圖2，硅棒1由熔體11內(nèi)生長(zhǎng)，并且硅棒1以角速率ω旋轉(zhuǎn)。硅棒11下端浸入熔體11內(nèi)有部分正在形成晶體的硅形成邊界層12，熔體11被加熱涌向表面并冷卻，形成箭頭方向的熱對(duì)流，對(duì)邊界層12產(chǎn)生沖擊。為了減小單晶硅片雜質(zhì)分布的徑向不均勻性，已有的做法通常是增加晶體旋轉(zhuǎn)速率ω，來(lái)減薄溶質(zhì)邊界層的厚度，較薄的溶質(zhì)邊界層將更小程度地受到熱對(duì)流的影響。同時(shí)，增加晶體旋轉(zhuǎn)速率對(duì)熔體的熱對(duì)流本身具有反向抑制效果，削弱其對(duì)溶質(zhì)邊界層的影響。但是，如果在單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中提高晶體旋轉(zhuǎn)速率，一方面會(huì)引發(fā)長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致晶體晃動(dòng)；另一方面，過(guò)快的晶體轉(zhuǎn)速容易導(dǎo)致單晶硅扭曲變形。兩者都會(huì)導(dǎo)致單晶硅成品率的降低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能改善單晶硅徑向電阻率均勻性、尤其是N型<111>晶向單晶硅徑向電阻率均勻性的阻流環(huán)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種阻流環(huán)，包括阻流壁，所述阻流壁為筒狀；還包括承載部和懸掛部，所述阻流壁通過(guò)所述懸掛部懸掛于所述承載部的下方；所述懸掛部為柔性或剛性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述懸掛部為至少一根側(cè)柱，所述側(cè)柱兩端分別連接所述承載部和所述懸掛部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述懸掛部為與所述阻流壁同軸的提環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述懸掛部為至少一根側(cè)柱，所述側(cè)柱兩端分別連接所述承載部和所述懸掛部；所述側(cè)柱與所述懸掛部、所述阻流壁一體成型。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述阻流壁的高度不小于10mm。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，材質(zhì)為高純度石英。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述筒身的上端設(shè)有凸緣，所述凸緣向所述筒身外側(cè)翻折。本發(fā)明還提供了一種改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件，包括如上所述的阻流環(huán)，還包括導(dǎo)流筒和熔體容器，所述承載部安裝于所述導(dǎo)流筒的下端；所述熔體容器設(shè)有向上的開(kāi)口，所述導(dǎo)流筒用于將保護(hù)氣吹向熔體表面地設(shè)置；所述阻流環(huán)伸入所述熔體容器內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熔體容器為坩堝，所述保護(hù)氣為惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熔體容器為石英坩堝，所述保護(hù)氣為氬氣。本發(fā)明還提供了一種基于上述用于改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件的改善單晶硅徑向電阻率均勻性的方法，包括：加熱所述熔體容器，熔化投入熔體容器內(nèi)的原料硅形成熔體；使所述阻流環(huán)浸入熔體中，并且所述熔體的液面由所述阻流環(huán)隔斷；在所述阻流環(huán)內(nèi)側(cè)，由所述熔體拉制單晶硅棒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述由所述熔體拉制單晶硅棒是采用的CZ法，所述單晶硅棒在所述阻流環(huán)內(nèi)側(cè)拉制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述改善單晶徑硅向電阻率均勻性的方法還包括提升所述熔體容器，使得熔體液面相對(duì)于所述阻流環(huán)位置不變。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熔體容器與所述單晶硅棒在拉制過(guò)程中向相反方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供的阻流環(huán)，材質(zhì)為高純度石英，大大減少向熔體內(nèi)引入雜質(zhì)。阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。阻流環(huán)上的側(cè)面開(kāi)口可減少阻流環(huán)自重、便于取放，且可用于勾住阻流環(huán)。阻流環(huán)側(cè)面開(kāi)口的下緣與所述筒身的下緣之間的距離不小于30mm，可保證阻流環(huán)最下端至少30mm是連續(xù)的筒狀而完全隔開(kāi)阻流環(huán)內(nèi)外的熔體，阻斷熱對(duì)流，并且在拉制單晶硅棒的過(guò)程中熔體液面下降不會(huì)導(dǎo)致阻流環(huán)與熔體分離而失去阻流作用。采用本發(fā)明提供的阻流環(huán)，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的阻流環(huán)可大大提高單晶硅的成品率。本發(fā)明提供的改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件，包括上述阻流環(huán)，材質(zhì)為高純度石英，大大減少向熔體內(nèi)引入雜質(zhì)。阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。采用本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的組件，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的組件可大大提高單晶硅的成品率。本發(fā)明提供的改善單晶硅徑向電阻率均勻性的方法，基于上述改善單晶徑向電阻率均勻性的組件實(shí)施，單晶硅生長(zhǎng)在阻流環(huán)中間進(jìn)行，阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。采用本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的方法拉制單晶硅，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的方法可大大提高單晶硅的成品率。采用本發(fā)明提供的阻流環(huán)、改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件及方法，在以下實(shí)驗(yàn)條件下，分別生長(zhǎng)2支輕摻Ph單晶硅棒，晶向?yàn)?lt;111>，電阻率30-60Ωcm，40kg投料，制作5英寸晶棒。將所生長(zhǎng)的兩支單晶硅每隔100mm取樣，并進(jìn)行電阻率及均勻性測(cè)試，整理相關(guān)數(shù)據(jù)后，結(jié)果如下：位置(mm)0100200300400500單晶硅一10.50％7.20％8.30％13.20％12.30％15.40％單晶硅二23.24％21.56％26.87％23.39％26.57％27.81％位置(mm)6007008009001000-單晶硅一14.60％13.80％11.80％14.20％11.70-單晶硅二26.97％25.66％27.23％27.41％28.37％-由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的阻流環(huán)、改善單晶徑向電阻率均勻性的組件及方法可有效改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性，成品率提高；且晶體轉(zhuǎn)動(dòng)速度小，晃動(dòng)相應(yīng)也小。附圖說(shuō)明圖1為CZ法拉制單晶硅的過(guò)程中，硅棒、硅棒拉制時(shí)的生長(zhǎng)界面和由硅棒切割單晶硅片的示意圖；圖2示出了熔體內(nèi)的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層產(chǎn)生沖擊的原理；圖3為導(dǎo)流筒、坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一種阻流環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明再一種阻流環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5中的阻流環(huán)和導(dǎo)流筒配合使用的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖6中導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)改變后、阻流環(huán)和導(dǎo)流筒配合使用的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述：實(shí)施例一參考圖4，一種阻流環(huán)2，總體呈圓筒狀，上下兩端開(kāi)口，由高純石英制作而成。需要注意的是，“上”、“下”為根據(jù)圖4所示方位使用的相對(duì)性概念，旨在清楚說(shuō)明本實(shí)施例中的技術(shù)方案，而不構(gòu)成對(duì)技術(shù)方案和權(quán)利要求的限制。筒身徑向開(kāi)設(shè)有三個(gè)側(cè)面開(kāi)口22。側(cè)面開(kāi)口的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置為一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)。側(cè)面開(kāi)口22將阻流環(huán)2分隔為提環(huán)21和阻流壁24兩部分；相鄰側(cè)面開(kāi)口22之間的筒身構(gòu)成側(cè)柱23連接提環(huán)21和阻流壁24。阻流壁24的高度為50mm。阻流壁24的高度可按需設(shè)置，不小于10mm。在圖3的基礎(chǔ)上，將阻流環(huán)2通過(guò)提環(huán)21懸掛在導(dǎo)流筒3的下端。向高純度石英制成的坩堝4內(nèi)投入原料硅，并加熱使得原料硅熔化形成熔體。調(diào)整阻流環(huán)2的高度，使得阻流壁24浸入硅熔體內(nèi)，同時(shí)保證熔體液面在阻流壁24上端的下方，從而熔體的液面由阻流壁24隔斷，不會(huì)由側(cè)面開(kāi)口22向阻流環(huán)2內(nèi)側(cè)涌動(dòng)。由導(dǎo)流筒3向坩堝4內(nèi)的熔體表面自上而下地吹入氬氣作為保護(hù)氣。氬氣通過(guò)側(cè)面開(kāi)口22流出。導(dǎo)流筒3還能在單晶硅生長(zhǎng)時(shí)屏蔽來(lái)自給硅熔體加熱的加熱器的高溫輻射。在阻流環(huán)內(nèi)側(cè)的熔體液面，采用CZ法拉直單晶硅棒。其中，坩堝4和單晶硅棒向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著單晶硅棒的拉制，向上推升坩堝4，使得熔體液面相對(duì)于阻流環(huán)2高度不變。實(shí)施例二本例中的阻流環(huán)和導(dǎo)流筒和實(shí)施例一中類似，但是略有區(qū)別。參考圖5、圖6，在圖4的基礎(chǔ)上，阻流環(huán)2的上端提環(huán)21外側(cè)設(shè)置有第一凸緣25，第一凸緣25向阻流環(huán)2外側(cè)翻折；導(dǎo)流筒3下端則設(shè)置有向內(nèi)翻折、用于勾住第一凸緣25的第二凸緣31。阻流環(huán)2掛設(shè)于導(dǎo)流筒3的下端，參考圖6。需要注意的是，“上”、“下”為根據(jù)圖5和圖6所示方位使用的相對(duì)性概念，旨在清楚說(shuō)明本實(shí)施例中的技術(shù)方案，而不構(gòu)成對(duì)技術(shù)方案和權(quán)利要求的限制。本例其余類同實(shí)施例一，不予贅述。實(shí)施例三本例和實(shí)施例二中類似，區(qū)別僅在于，參考圖7，在第二凸緣31上分布有若干缺口32，缺口32便于工具伸入導(dǎo)流筒內(nèi)部并勾住阻流環(huán)2的提環(huán)21時(shí)，取出阻流環(huán)2。其余類同實(shí)施例二，不予贅述。實(shí)施例四本例和實(shí)施例一中類似，區(qū)別在于，提環(huán)21和阻流壁24并非通過(guò)側(cè)柱23一體地連接在一起，而是通過(guò)采用耐熱的柔性材料將阻流壁24懸掛在提環(huán)21下方，從而使阻流壁24浸入熔體中。其余類同實(shí)施例一，不予贅述。本發(fā)明提供的阻流環(huán)，材質(zhì)為高純度石英，大大減少向熔體內(nèi)引入雜質(zhì)。阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。阻流環(huán)上的側(cè)面開(kāi)口可減少阻流環(huán)自重、便于取放，且可用于勾住阻流環(huán)。阻流環(huán)側(cè)面開(kāi)口的下緣與所述筒身的下緣之間的距離不小于30mm，可保證阻流環(huán)最下端至少30mm是連續(xù)的筒狀而完全隔開(kāi)阻流環(huán)內(nèi)外的熔體，阻斷熱對(duì)流，并且在拉制單晶硅棒的過(guò)程中熔體液面下降不會(huì)導(dǎo)致阻流環(huán)與熔體分離而失去阻流作用。采用本發(fā)明提供的阻流環(huán)，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的阻流環(huán)可大大提高單晶硅的成品率。本發(fā)明提供的改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件，包括上述阻流環(huán)，材質(zhì)為高純度石英，大大減少向熔體內(nèi)引入雜質(zhì)。阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。采用本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的組件，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的組件可大大提高單晶硅的成品率。本發(fā)明提供的改善單晶硅徑向電阻率均勻性的方法，基于上述改善單晶徑向電阻率均勻性的組件實(shí)施，單晶硅生長(zhǎng)在阻流環(huán)中間進(jìn)行，阻流環(huán)插入熔體內(nèi)，阻斷熔體的熱對(duì)流對(duì)溶質(zhì)邊界層的沖擊，從而避免產(chǎn)生單晶硅棒中心和邊緣的溶質(zhì)邊界層厚度差異，并改善徑向的雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性。采用本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的方法拉制單晶硅，為達(dá)到改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性的目的，無(wú)需增加晶體旋轉(zhuǎn)速率，因而可以保持長(zhǎng)晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，晶體晃動(dòng)小；晶體轉(zhuǎn)速小，單晶硅不易扭曲變形。從而，本發(fā)明提供的改善單晶徑向電阻率均勻性的方法可大大提高單晶硅的成品率。采用本發(fā)明提供的阻流環(huán)、改善單晶硅徑向電阻率均勻性的組件及方法，在以下實(shí)驗(yàn)條件下，分別生長(zhǎng)2支輕摻Ph單晶硅棒，晶向?yàn)?lt;111>，電阻率30-60Ωcm，40kg投料，制作5英寸晶棒。將所生長(zhǎng)的兩支單晶硅每隔100mm取樣，并進(jìn)行電阻率及均勻性測(cè)試，整理相關(guān)數(shù)據(jù)后，結(jié)果如下：位置(mm)0100200300400500單晶硅一10.50％7.20％8.30％13.20％12.30％15.40％單晶硅二23.24％21.56％26.87％23.39％26.57％27.81％位置(mm)6007008009001000-單晶硅一14.60％13.80％11.80％14.20％11.70-單晶硅二26.97％25.66％27.23％27.41％28.37％-由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的阻流環(huán)、改善單晶徑向電阻率均勻性的組件及方法可有效改善單晶硅棒徑向雜質(zhì)濃度和電阻率均勻性，成品率提高；且晶體轉(zhuǎn)動(dòng)速度小，晃動(dòng)相應(yīng)也小。本發(fā)明中的實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3